非公路鉸接式自卸車平順性建模、仿真與優(yōu)化研究.pdf

1、車輛平順性是車輛的重要性能指標之一，長期以米國內(nèi)外學(xué)者在研究車輛平順性時大都采用地面是剛性的假設(shè)條件。但是，當非公路車輛行駛在軟路面上時，地面變形將會對車輛的動力學(xué)特性產(chǎn)生較大影響，在這種情況下必須考慮地面力學(xué)特性與車輛的交互作用。本文以一款新型鉸接式自卸車為研究對象，在國家自然基金項目“基于變形地面的重型工程車輛懸架系統(tǒng)優(yōu)化機理研究”及江蘇省自然科學(xué)基金項目“用于軟路面車輛動力學(xué)仿真的輪胎接地模型的研究”的支持下，綜合運用車輛地面力學(xué)

2、理論、多體動力學(xué)理論、有限元方法以及虛擬樣機技術(shù)建立輪胎—地面接觸模型、輪胎動態(tài)子結(jié)構(gòu)模型和鉸接式自卸車虛擬樣機整車模型，在ADAMS/Simulink聯(lián)合仿真環(huán)境下，集成輪胎—地面—整車模型，建立車輛—地面耦合仿真系統(tǒng)。利用該仿真系統(tǒng)深入研究非公路地面特性與車輛參數(shù)對車輛平順性的影響，最后通過對懸架系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化，提高了鉸接式自卸車的行駛平順性。全文包括以下內(nèi)容：
　　 1.利用有限元方法，建立二維土壤彈塑性模型、輪胎模型及輪

3、胎土壤—接觸模型，計算和分析各種工況下輪胎與土壤的接觸過程，得到輪胎與土壤接觸的初步規(guī)律，為整車與非公路地面相互作用及其平順性的研究打下基礎(chǔ)。
　　 2.分析目前車輛地面力學(xué)研究中有關(guān)土壤建模的各種方法以及采用半經(jīng)驗法建立的各種承壓和剪切模型及各自適用范圍，提出本文采用半經(jīng)驗法建立土壤模型。利用輪胎強度脫圈試驗機完成輪胎的徑向載荷-變形試驗，獲得輪胎徑向變形、接地印跡、接地壓力和徑向剛度與徑向載荷、充氣壓力之間的關(guān)系，為建立輪胎

4、—地面接觸模型提供必要的參數(shù)和依據(jù)。根據(jù)輪胎地面接地實際情況，作出合理假設(shè)，建立基于不平非公路地面的剛性輪模型和Bekker彈性輪模型。通過該模型，可以獲得地面反力、土壤沉陷量和輪胎接地平均壓力。
　　 3.以輪胎模態(tài)試驗獲取的模態(tài)參數(shù)及參數(shù)化輪胎有限元模型為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化方法，使有限元模型的計算模態(tài)參數(shù)與試驗?zāi)B(tài)參數(shù)一致，獲得動力學(xué)等效的輪胎模型，將該模型視作連接車輛與地面的子結(jié)構(gòu)，基于修正的Craig-Bampton方法和輪

5、胎接地界面特性，得到輪胎子結(jié)構(gòu)的主模態(tài)集和約束模態(tài)集，建立適合在ADAMS環(huán)境中用于車輛平順性仿真的輪胎動態(tài)子結(jié)構(gòu)模型。
　　 4.在分析鉸接式自卸車拓撲構(gòu)型的基礎(chǔ)上，對車輛行駛過程中相對變形較大的懸架桿件進行柔性化建模，對實車的關(guān)鍵柔性連接件進行了相關(guān)測試試驗，獲得了柔性連接副的各種參數(shù)，建立了符合工程實際的鉸接式自卸車虛擬樣機模型。通過SCHENCK整車道路模擬試驗臺實施了鉸接式自卸車整車臺架振動試驗。通過對多種工況下模型的

6、數(shù)值仿真和實驗對比，驗證了模型的正確性。
　　 5.利用ADAMS/Simulink聯(lián)合仿真技術(shù)將輪胎—地面接觸模型、輪胎動態(tài)子結(jié)構(gòu)模型以及AD250整車虛擬樣機模型進行集成，并考慮地面不平度、左右路譜相關(guān)性以及多通過問題，建立車輛—地面耦合系統(tǒng)仿真模型。利用該系統(tǒng)進行了滿載下的多工況仿真，在符合懸架動撓度和輪胎動載荷要求的工況中，選出在特定土壤類型上具有最佳牽引效率的車速和胎壓的組合作為合理工況，從而確定鉸接式自卸車懸架系統(tǒng)參

7、數(shù)優(yōu)化的目標工況。
　　 6.選取對車輛平順性影響大的前后懸架彈簧剛度、液壓阻尼器和后懸架彈簧阻尼作為設(shè)計變量，以駕駛室座椅下地板的垂向加速度均方根值為目標函數(shù)，以懸架動撓度和輪胎動載荷為約束條件，利用遺傳優(yōu)化算法獲得在每種土壤類型下，對于GBD、GBE和GBF級地面具有最佳平順性的懸架參數(shù)最優(yōu)值，可用于指導(dǎo)AD250的現(xiàn)有懸架系統(tǒng)改進，或者是對AD250的半主動、主動懸架的研制提供參考。
　　 7.總結(jié)全文工作，指出本